【摘 要】
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滑片作为滚动活塞压缩机的一个重要零件,它的运动特性,以及运动特性与内部间隙泄漏的关联性研究,对提升压缩机的工作效率具有重要的意义。目前对于这两个方面的研究,还存在着脱空状态下滑片的运动特性分析不充分,以及泄漏模型不够贴合实际等问题。本文以滚动活塞压缩机的滑片为研究对象,首先从理论角度出发,建立了滑片正常和脱空状态下运动的数学模型;并且通过实验手段,利用高速摄影机对滑片与活塞之间的脱空现象进行捕捉拍
【基金项目】
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国家自然科学基金项目:“叶片式旋转压缩机摩擦与泄漏的多因素动态关联机制研究”,项目编号51565004;
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滑片作为滚动活塞压缩机的一个重要零件,它的运动特性,以及运动特性与内部间隙泄漏的关联性研究,对提升压缩机的工作效率具有重要的意义。目前对于这两个方面的研究,还存在着脱空状态下滑片的运动特性分析不充分,以及泄漏模型不够贴合实际等问题。本文以滚动活塞压缩机的滑片为研究对象,首先从理论角度出发,建立了滑片正常和脱空状态下运动的数学模型;并且通过实验手段,利用高速摄影机对滑片与活塞之间的脱空现象进行捕捉拍摄,对比理论计算和实验数据对滑片脱空状态下的运动特性,以及脱空结束时滑片与活塞之间的碰撞等问题进行了分析;结合滑片不同状态下的运动特性分别对滑片-活塞、滑片-滑槽、滑片-端盖三个间隙的泄漏进行了研究。本文的具体研究内容有以下几个方面:(1)对滚动活塞压缩机滑片正常工况和脱空状态下的运动进行了数学建模;发现在正常工况下,滑片的运动规律由于受到活塞的约束而与之保持一致;但脱空现象发生时,滑片不再受到活塞的约束,从理论角度分析认为这个过程可以分为,接触、脱空临界点、脱空、再接触四个阶段,并且脱空阶段可以将滑片看作是有阻尼的单自由度振动系统。(2)对目前变频压缩机低转速工况下出现的滑片与活塞脱空现象进行了实验研究,通过利用高速摄影捕捉滑片脱空状态下的运动轨迹,根据图像反求法得到该状态下滑片的速度、加速度数据;实验结果表明,脱空是滑片在压缩机部分工况下的一种特殊运动行为,当滑片受到的合外力提供的加速度足够大时,脱空现象便会消失;对比理论计算和实验结果发现,理论模型能够较好的对滑片脱空开始和结束的角度进行预测,并且能够描述脱空过程中滑片的速度变化规律,但是二者在在脱空结束时滑片加速度的峰值上差别明显。(3)根据实验结果分析了脱空对滑片-活塞运动副造成的影响,发现滑片处于脱空阶段时,由于其与活塞之间的间隙过大,导致吸气腔与压缩腔成为联通区域且难以形成压差,因此滑片-活塞间隙之间几乎不存在泄漏;并且在脱空结束时,滑片会与活塞之间会至少发生一次碰撞,当碰撞剧烈时还会引起滑片弹跳,进而发生再次撞击活塞的现象。(4)在考虑到滑片的运动特性的基础上,利用Fluent软件和动网格技术,建立滑片-滑槽、滑片-端盖两个通道的气液两相动态泄漏模型,通过数值模拟计算详细描述了两个通道各自的泄漏特性,以及滑片的运动、压缩机内部压力、润滑油粘度、偏心轴转速对两个通道泄漏的影响。结果表明,滑片的运动特性对两通道的泄漏影响明显,尤其是滑片-滑槽通道;压力、转速、润滑油粘度、间隙大小等因素也对泄漏有着不同程度的影响。
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